k REGISTRO DE LA PROPIEDAD INDUSTRIAL 19 k ES 2 026 471 kInt. Cl. : B29C 43/56 11 N.◦ de publicación: 5 51 ESPAÑA k B29C 43/38 TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA 12 kNúmero de solicitud europea: 87103080.5 kFecha de presentación : 04.03.87 kNúmero de publicación de la solicitud: 0 237 871 kFecha de publicación de la solicitud: 23.09.87 T3 86 86 87 87 k 54 Tı́tulo: Método de moldeo por compresión a vacı́o utilizando una carga precalentada. k 73 Titular/es: The Budd Company k 72 Inventor/es: Iseler, Kenneth Alfred y k 74 Agente: Elzaburu Márquez, Alberto 30 Prioridad: 19.03.86 US 841195 3155 W. Big Beaver Road Troy, MI 48084, US 45 Fecha de la publicación de la mención BOPI: 01.05.92 45 Fecha de la publicación del folleto de patente: 01.05.92 Aviso: k k Wilkinson, Robert Earl k En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascı́culos: Registro de la Propiedad Industrial. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid 1 2 026 471 e) hacer el vacı́o en la cavidad del molde; DESCRIPCION El invento se refiere a moldeo por compresión a vacı́o. De acuerdo con la técnica anterior, se usa un molde que tiene una matriz superior y una matriz inferior, con superficies de moldeo opuestas que contribuyen a delimitar una cavidad de moldeo que tiene una forma que corresponde a la forma deseada de la pieza. La carga se coloca en la superficie de moldeo de una de las matrices del molde abierto. Las matrices se desplazan la una hacia la otra hasta una posición parcialmente cerrada, donde se hace estanca un área rodeando la cavidad de moldeo y la otra matriz permanece separada de la carga. Después de que en la cavidad del molde se ha hecho el vacı́o, el molde se cierra hasta una posición totalmente cerrada, de forma que las matrices compriman la carga hasta obligarla a llenar la cavidad del molde antes de que la resina se gelifique, las matrices se mantienen en una posición cerrada durante un periodo suficiente de tiempo para permitir a las resinas endurecer, se abren las matrices y se quita la pieza. Tales métodos son conocidos por los documentos US - A 3840239 y la US - A 4488862, respectivamente. De acuerdo con la US - A 3840239 se coloca una composición de moldeo en masa en una matriz inferior calentada sin haber sido precalentada. La US - A 4488862 muestra un método en el cual se coloca una composición de moldeo en hoja entre las matrices calentadas sin haber sido precalentada tampoco. Unicamente calentar la composición de moldeo mediante las matrices con el fin de endurecer la composición comprende un largo ciclo de tiempo durante el cual la composición está colocada en el molde, reduciendo ası́ la eficiencia del molde. El objetivo del invento es proporcionar un método de fabricación de una pieza por moldeo a compresión de una carga que contiene una resina termoendurecible, permitiendo producir una pieza que tiene una superficie lisa en un ciclo corto de tiempo. Este objetivo se consigue por un método de fabricación de una pieza con una superficie lisa moldeando por compresión una carga que contiene una resina termoendurecible, comprendiendo este método los siguientes pasos: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 c) colocar la carga precalentada en la superficie de moldeo de una de las matrices; d) desplazar las matrices una hacia la otra hasta una posición parcialmente cerrada, donde se hace estanca un área rodeando la cavidad del molde y la otra matriz permanece separada de la carga; 2 f) se cierra el molde hasta una posición de totalmente cerrado dentro de 15 segundos, de forma que las matrices compriman la carga hasta obligarla a llenar la cavidad del molde antes de que se gelifique la resina; g) mantener las matrices en la posición cerrada durante un periodo de tiempo suficiente para permitir endurecer a la resina; y h) abrir las matrices y retirar la pieza. a) precalentar la carga hasta una temperatura de alrededor de entre 49 y 82◦C; b) abrir un molde que tiene una matriz superior y una matriz inferior con superficies de moldeo opuestas, que contribuyen a delimitar una cavidad de moldeo que tenga una forma que corresponda a la forma deseada de la pieza; 2 65 Ventajosamente la carga comprende una composición de moldeo en hoja que contiene una resina de poliéster con fibras de vidrio de refuerzo. En la cavidad del molde se hace convenientemente el vacı́o en el paso e) hasta al menos una presión absoluta de 0,34 bares en un periodo de menos de 10 segundos. El objetivo es más conseguido por un método de fabricación de un panel exterior de carrocerı́a de automóvil que consiste en una superficie generalmente plana que tiene un área superficial que excede de 0,09 m2 , que se requiere que tenga un acabado liso, comprendiendo este método los siguientes pasos: a) precalentar la carga de composición moldeada en hoja que contiene una resina de poliéster termoendurecible con fibras de vidrio en su interior hasta una temperatura de entre 49 y 82◦C; b) proporcionar un molde que tiene una matriz superior y una matriz inferior, con superficies de moldeo opuestas, que contribuyen a delimitar una cavidad de moldeo que tiene una forma que corresponda a la forma deseada del panel; c) colocar la carga precalentada en la superficie de moldeo de la matriz inferior de forma que la carga cubra del 40 al 80 por ciento del área superficial de la superficie de moldeo; d) desplazar las matrices una hacia la otra hasta una posición parcialmente cerrada donde se hace estanca un área que incluye la cavidad del molde, mientras que la otra matriz permanece separada de la carga; e) hacer el vacı́o en la cavidad del molde hasta una presión absoluta de al menos 0,17 bares en un periodo de menos de cinco segundos; f) cerrar el molde hasta una posición de totalmente cerrado dentro de un periodo de 2 a 8 segundos para obligar ası́ a la carga a fluir y llenar la cavidad antes de que se gelifique la resina; g) calentar la carga de 121 a 177◦C calentando las matrices, las cuales aplican una presión de entre 70 a 105 bares a la carga; y h) mantener las matrices en la posición cerrada durante no más de 45 segundos antes de abrir las matrices y quitar el panel. 3 2 026 471 Preferiblemente la carga cubre del 50 al 75 por ciento de la superficie de moldeo de una de las matrices. Precalentando la carga hasta una temperatura de entre aproximadamente 49 y 82◦ C se reduce el tiempo de proceso requerido con el fin de moldear la pieza, aumentando ası́ la eficiencia del molde. El molde puede producir más piezas sin sacrificar la calidad de la pieza. Las diversas ventajas del presente invento se pondrán de manifiesto a los expertos en la técnica leyendo la siguiente memoria y con referencia a los dibujos en los cuales: La Figura 1 es un esquema de flujo mostrando los pasos preferentes para llevar a cabo el método del presente invento; La Figura 2 (A a C) son vistas en sección transversal del molde durante varios pasos en el proceso de moldeo; y La Figura 3 es una vista en planta tal como la vista a lo largo de la lı́nea 3-3 de la Figura 2(A) mostrando la cubrición de carga en la superficie de moldeo de la matriz inferior. El presente invento tiene particular utilidad para fabricar una pieza de carga de SMC (mezcla de moldeo en hoja). Para los fines de este invento, una carga de SMC es un material que contiene una resina termoendurecible y fibras de refuerzo, con una resina que sea del tipo que utiliza curado de radicales libres, es decir, una resina que tiene monómeros que polimericen rápidamente al alcanzar una temperatura de curado determinada. Las resinas tı́picas SMC incluyen resinas de poliéster que son generalmente mezclas de resinas de poliéster insaturadas y monómeros de reticulables, tales como estireno. Ejemplos de cargas adecuadas de SMC se exponen en las Solicitudes US-A 4067845, 4260538, 4535110 y 4081578. De acuerdo con el presente invento, las hojas de SMC se precalientan antes de ser moldeadas. Este paso de precalentamiento se representa como Paso 11 en la Figura 1. El material SMC se calienta hasta una temperatura de entre 49 a 82◦ C. Se cree que temperaturas de precalentamiento por debajo de 49◦ C no serán particularmente ventajosas porque la temperatura baja no proporciona ningún efecto significativo en el endurecimiento o fluencia de la carga. Recı́procamente, se cree que calentar la carga de SMC hasta temperaturas por encima de 82◦C no es ventajoso porque puede no haber tiempo suficiente para que fluya la carga en la cavidad del molde antes de que se gelifique. El paso de precalentamiento puede ser realizado de varias maneras, tales como colocar la carga de SMC dentro de un horno. Sin embargo, se prefiere actualmente el calentamiento dieléctrico de la carga de SMC porque la carga se calienta por medio de movimiento molecular, proporcionando ası́ una elevación de la temperatura uniforme en toda la carga dentro de un régimen de tiempo corto. Un calentador eléctrico consiste generalmente en dos placas o electrodos conectados a una fuente de energı́a de radiofrecuencia. La carga se coloca entre las dos placas y se somete a un campo de RF que genera calor por fricción molecular debido a la rápida alternancia de la energı́a de RF, tı́picamente de 70 a 80 millones de ciclos por segundo. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4 Con referencia adicional a la Figura 2, la carga precalentada se coloca entonces dentro del molde, que se designa generalmente por el número 12. El molde 12 tiene una matriz superior 14 y una matriz inferior 16. La matriz inferior 16 se monta en una bancada fija (no mostrada), mientras que la matriz superior se conecta a una placa móvil 18 que actúa bajo la acción de un vástago 20 o similar para controlar el movimiento relativo entre las dos matrices. La forma de controlar el movimiento de la matriz entra completamente dentro de los conocimientos del profesional normal y no necesita ser descrita en detalle aquı́. La matriz superior 14 tiene una superficie de moldeo hembra 22, mientras que la matriz inferior tiene una superficie de moldeo macho 24. Las superficies de moldeo 22 y 24 contribuyen a delimitar una cavidad de moldeo que tiene una forma que corresponda a la forma deseada de la pieza a fabricar. La forma de la superficie de moldeo variará, naturalmente, dependiendo de la configuración de la pieza final. Sin embargo, el presente invento está completamente indicado para moldear piezas que tengan superficies relativamente anchas y generalmente planas con áreas superficiales mayores de 0,09 m2 . Ejemplos no limitativos de tales tipos de piezas incluyen paneles de carrocerı́a de automóviles tales como capós, tapas de cubiertas, techos y similares. La Figura 3 muestra esquemáticamente el contorno de la superficie de moldeo 24 para una matriz inferior 16 diseñada para moldear un panel de la carrocerı́a de automóvil de estos tipos. Para los fines de este invento, una superficie de moldeo es una superficie de un elemento de matriz, que colabora con una superficie opuesta en el otro elemento de matriz para formar una cavidad de moldeo. En la posición abierta como se muestra en la Figura 2(A), las matrices 14 y 16 están separadas una distancia suficiente para permitir que la carga precalentada 26 sea colocada en la superficie de moldeo 24 de la matriz inferior 16, como se representa en el paso 13 de la Figura 1. En este ejemplo particular, la carga 26 toma la forma de dos hojas 28 y 30 de material SMC. Las hojas 28 y 30 se dejan en la superficie de moldeo 24, preferentemente de forma que la carga cubra del 40 al 80 por ciento del total de la superficie de moldeo 24. Una cobertura de la carga de menos del 40 por ciento o mayor del 80 por ciento se cree que produce un aumento inaceptable de las ondulaciones superficiales y de las imperfecciones de la pieza acabada. Para la mayorı́a de los paneles de carrocerı́as de automóviles, el campo preferido de cobertura de la carga es del 50 al 75 por ciento. Como entra dentro de los conocimientos del profesional normal, el espesor, peso y colocación de la carga en la superficie de moldeo se variarán de acuerdo con la configuración de la pieza final. En general, la carga se colocará generalmente centrada, dejando poco o ningún espacio entre las hojas individuales si se usa más de una, como se representa por el ligero solape entre las hojas 28 y 30. Cada una de las hojas 28 y 30 mostradas de la carga 26 consiste preferentemente en 1 a 4 capas de material SMC, apilados unos sobre otros, teniendo cada capa alrededor de 3,2 a 6,4 mm de grueso. Esto está en contraste con algunos pro3 5 2 026 471 cedimientos tı́picos en los que se usan de 6 a 10 capas para formar una carga mucho más gruesa que cubre solamente alrededor del 25 por ciento del área superficial. Tales técnicas anteriores estaban probablemente basadas en la creencia de que era necesaria un cierre lento del molde para “exprimir” todo el aire atrapado con la carga. Una vez que la carga 26 se coloca en el molde, el próximo paso es mover los moldes hasta una posición parcialmente cerrada, como se muestra en la Figura 2(B). En la posición parcialmente cerrada, la cavidad del molde está delimitada esencialmente por las matrices, pero la matriz superior permanece separada de la carga 26. Además, se crea una cámara hermética al vacı́o 34 rodeando la cavidad del molde 32 cuando contacta la manguera o tubo flexible superior de obturación 40 al anillo de obturación inferior 52. El espacio entre las matrices en la posición parcialmente cerrada debe ser mantenido tan pequeño como sea posible, para minimizar el volumen al que se necesita hacer el vacı́o. Generalmente es satisfactorio una separación de varios centı́metros. El aparato de moldeo preferido incluye un anillo anular 32 que rodea la matriz superior 14. El anillo 36 adopta la forma de un tubo rectangular de metal en esta realización adaptada para presentar una superficie plana 38 generalmente horizontal en las partes más bajas de aquel. El anillo 36 puede moverse respecto a la matriz superior 14 bajo la acción de una serie de cilindros accionados neumática o hidráulicamente. Se muestran dos cilindros 42 y 44 en los dibujos. Normalmente, cuando se abre el molde los cilindros se extienden, como se muestra en las lı́neas interrumpidas de la figura 2(A). Un diafragma o fuelle flexible 46 tiene su borde interno conectado rı́gidamente a la periferia de la matriz 14 a través de un elemento de pestaña 48 mientras que el borde exterior del fuelle 46 se conecta a la pestaña 50 que se extiende desde el anillo 36. Para llegar a la posición mostrada en la Figura 2(B), el vástago 20 actúa para mover la matriz superior 14 hasta la posición de parcialmente cerrado en la que el tubo flexible de obturación 40 contacta con el anillo 52. Ası́, la cámara de vacı́o 34 queda delimitada por la matriz superior 14, fuelle 46, anillo de obturación 36, el tubo flexible 40 que sirve como un cierre hermético a compresión, elemento 54 y matriz inferior 16. La fuerza hacia abajo proporcionada por los cilindros 42 y 44 sirve para asegurar que se proporcione un cierre hermético consistentemente fiable alrededor de la cavidad del molde 32. Además, los cilindros pueden ser usados para mover el anillo 36 hacia arriba (como se muestra en la Figura 2(A)) respecto a la matriz superior 14 para permitir fácil acceso a la matriz para fines de limpieza e instalación, ası́ como por otras razones para las cuales es ventajoso el acceso fácil. Una vez que la cámara 34 ha sido hecha estanca, el próximo paso es hacer el vacı́o en la cavidad del molde como se representa por el paso 17 en la Figura 1. El mejor resultado se obtiene produciendo un vacı́o tan bueno como sea posible dentro de la cámara 34, y en el tiempo más corto posible. No parece haber lı́mite in4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6 ferior con respecto al grado de vacı́o (siendo un vacı́o teóricamente perfecto una presión absoluta de 0 centı́metros de mercurio o una presión manométrica de aproximadamente 1,013 bares) y el tiempo en que este debe ser obtenido. El lı́mite superior para el vacı́o parece ser una presión absoluta de alrededor de 0,34 bares (presión manométrica de 0,68 bares) porque vacı́os peores que este pueden dejar demasiado aire en la cámara 34 y en la carga, resultando ası́ imperfecciones tales como burbujas u hoyos en la superficie. Se han obtenido resultados satisfactorios llevando el vacı́o dentro de la cavidad del molde hasta una presión absoluta de al menos 0,34 bares dentro de un periodo de tiempo de menos de 10 segundos. Se cree que el vacı́o debe ser alcanzado dentro de al menos 15 segundos; de otro modo puede producirse una pérdida inaceptable de monómero, dando como resultado piezas de mal aspecto y/o defectos superficiales. Preferentemente, se alcanza un vacı́o de una presión absoluta de 0,17 bares dentro de cinco segundos después de que las matrices hayan alcanzado su posición parcialmente cerrada. Esto puede ser realizado por medio de una fuente de vacı́o 60 que se conecta a través de la válvula 62 a la cámara de vacı́o 34. Preferentemente, la fuente de vacı́o 60 consiste en una serie de tanques (no mostrados) en los que se ha hecho el vacı́o previamente, que son conectados secuencialmente a la cámara de vacı́o 34. Un tubo relativamente grueso se conecta a la canalización hueca 54 que contiene una serie de aberturas 66 en las zonas hacia dentro de su superficie 52. Ası́ se establece una conexión para fluido entre los tanques de vacı́o y la cámara 34. El uso doble de la canalización hueca 54 como parte de la disposición de obturación al vacı́o (a través de la superficie 52) y como un conducto relativamente grueso para realizar el vacı́o, es una construcción particularmente ventajosa. Una vez que en la cavidad del molde se ha hecho el vacı́o, la matriz superior comienza a moverse hacia la posición totalmente cerrada que se muestra en la Figura 2(C). Durante el paso de cierre del molde, la matriz superior contacta la carga 26, transfiriéndole el calor de la matriz y aplicándole presión para obligar a la carga a extenderse y llenar la cavidad del molde 34. Es importante que la matriz superior se mueva hacia abajo muy rápidamente. De otro modo, la carga puede no fluir suficientemente para llenar completamente la cavidad del molde antes de que se gelifique, es decir, cuando la carga presenta un aumento drástico en la viscosidad debido a la reticulación del radical libre de los monómeros con la resina. Las resinas de poliéster del tipo usado tı́picamente en las cargas de SMC, tienden a endurecerse muy rápidamente cuando las resinas alcanzan su temperatura de endurecimiento, que está generalmente entre 121 y 177◦C. La velocidad de la operación de cierre del molde variará algo, dependiendo del tamaño y colocación de la carga en el molde. Sin embargo, el molde debe ser cerrado totalmente dentro de los 15 segundos después de hacerse el vacı́o en la cavidad del molde, es decir, por debajo de al menos una presión absoluta de 0,74 bares. En un ejemplo particular, se precalienta una 7 2 026 471 carga en forma de varias capas de material SMC en un calentador dieléctrico hasta una temperatura de alrededor de 77◦ C. La carga precalentada se coloca en la matriz inferior la cual se dispone para formar una cavidad de moldeo en combinación con la matriz superior que corresponde a la forma de una cubierta de plataforma para un automóvil (Pontiac Fiero). Dentro de 2 segundos después de la colocación de la carga en las matrices (que son calentadas hasta alrededor de 149◦C), la matriz superior se cierra hasta la posición mostrada en la Figura 2(B). Dentro de 5 segundos, a la cavidad del molde se le hace un vacı́o de una presión absoluta de alrededor de 0,1 bares. Después, la matriz superior es rápidamente 5 10 8 llevada hasta la posición totalmente cerrada mostrada en la Figura 2(C) dentro de alrededor de 2 a 8 segundos. Las matrices aplican alrededor de 70 a 105 bares a la carga y permanecen en la posición cerrada durante unos 45 segundos, en cuyo tiempo el molde se abre y se quita la pieza. Por lo anterior puede apreciarse que el ciclo entero de moldeo puede ser reducido sustancialmente, resultando ası́ una economı́a de fabricación muy significativa. En efecto, se cree que pueden ser producidas piezas de calidad de acuerdo con este método incluso aunque las matrices del molde permanezcan en su posición totalmente cerrada durante no más de 30 segundos. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5 9 2 026 471 perficial que excede de 0,09 m2 , que se requiere que tenga un acabado liso, comprendiendo dicho método: REIVINDICACIONES 1. Un método de fabricación de una pieza con una superficie lisa por moldeo a compresión de una carga que contiene una resina termoendurecible, comprendiendo dicho método: 5 a) precalentar la carga (26) hasta una temperatura entre aproximadamente 49 y 82◦ C; b) abrir un molde (12) que tiene una matriz superior (14) y una matriz inferior (16) con superficies de moldeo opuestas (22, 24) que contribuyen a delimitar una cavidad de moldeo (32) que tiene una forma que corresponde a la forma deseada de la pieza; c) colocar la carga precalentada (26) en la superficie de moldeo (24) de una (16) de las matrices (14, 16); d) mover las matrices (14, 16) una hacia la otra hasta una posición parcialmente cerrada, donde se hace estanca un área (34) rodeando la cavidad del molde (32) y la otra matriz (14) permanece separada de la carga (26); 10 15 20 25 e) hacer el vacı́o en la cavidad del molde (32); f) cerrar el molde (12) hasta una posición totalmente cerrada dentro de 15 segundos, de forma que las matrices (14, 16) compriman la carga (26) hasta obligarla a llenar la cavidad del molde (32) antes de que gelifique la resina; g) mantener las matrices (14, 16) en una posición cerrada durante un periodo de tiempo suficiente para permitir que endurezca la resina; y b) proporcionar un molde (12) que tiene una matriz superior (14) y una matriz inferior (16) con superficies de moldeo opuestas (22, 24) que contribuyen a delimitar una cavidad de moldeo (32) que tiene una forma que corresponde a la forma deseada del panel; c) colocar la carga precalentada (26) en la superficie de moldeo (24) de la matriz inferior (16) de forma que la carga (26) cubra del 40 al 80 por ciento del área superficial de la superficie de moldeo (24); d) mover las matrices (14, 16) una hacia la otra hasta un estado parcialmente cerrado donde se hace estanca un área (24) que incluye la cavidad del molde (32) mientras que la otra matriz (16) permanece separada de la carga (26); e) hacer el vacı́o en la cavidad del molde (32) hasta al menos una presión absoluta 0,17 bares dentro de un periodo de menos de cinco segundos; 35 f) cerrar el molde (12) hasta una posición totalmente cerrada dentro de un periodo de 2 a 8 segundos para obligar ası́ a la carga (26) a fluir y llenar la cavidad (32) antes de que se gelifique la resina; 40 g) calentar la carga (26) hasta 121 a 177◦C calentando las matrices (14, 16), las cuales aplican una presión de entre 70 a 105 bares a la carga (26; y 45 h) mantener las matrices (14, 16) en la posición cerrada durante no más de 45 segundos antes de abrir las matrices (14, 16) y retirar el panel. 50 5. El método de la reivindicación 4, en el que la carga (26) cubre del 50 al 70 por ciento de la superficie de moldeo (24) de una (16) de las matrices (14, 16). 55 60 65 6 a) precalentar la carga de mezcla moldeada en hoja (26) que contiene una resina de poliéster termoendurecible con fibras de vidrio en ella hasta una temperatura entre 49 y 82◦ C. 30 h) abrir la matrices (14, 16) y retirar la pieza. 2. El método de la reivindicación 1, en el que la carga (26) comprende una composición de moldeo en hoja que contiene una resina de poliéster y fibras de vidrio de refuerzo en ella. 3. El método de la reivindicación 2, en el que en la cavidad del molde (32) se hace el vacı́o en el paso e) hasta al menos una presión absoluta de 0,34 bares dentro de un periodo de menos de 10 segundos. 4. Un método de fabricación de un panel de carrocerı́a de automóvil, que consiste en una superficie generalmente plana que tiene un área su- 10 2 026 471 7 2 026 471 8